Microstructure and Wear Properties of Fe-based Hardfacing Alloy / Fe-esaslı Sert kaplama Alaşımının Mikroyapı ve Aşınma Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Hardfacing coating is a process to extend service life of especially die steels under heavy service conditions. The hardfacing coating is performed using any process as casting or welding on economically feasible base material like carbon steel and improves significantly its wear resistance. In this study, Fe-Cr-Mo hardfacing alloys were used to deposit on DIN 1.2714 die steel substrates by gas metal arc welding. Hardfacing coatings by gas metal arc welding were performed in shielding gas (Ar-CO₂-O₂ gas mixture) at a pressure of 15 bar with constant flow rate. The welding parameter is welding current as 180A. Microstructure and wear performance of the hardfacing coatings were investigated. Microstructural examinations were performed using both optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The wear tests were carried out using ball-on-disc tribometer. While there was a little hardness difference between coating and substrate material, the wear resistance showed an increase up to ten times thanks to hardfacing coating. The microstructures and XRD results indicated that Cr₂₃C₆ and Mo₂C carbides existed in hardfacing coating. A sound bond was formed at the interface of Fe-based coatings and die steel substrate. On the other hand, there are some defects observed in the hardfacing coatings such as porosity. Moreover, as a result of SEM examinations, delamination occurred during wear tests due to exist of porosity in hardfacing coating. The evaluation of wear resistance was supported by microstructural investigations, characterization studies and hardness tests. In hardfacing coating, the main wear mechanism was abrasive wear, in substrate material, adhesive wear mechanism was observed as well as abrasive wear.Sert kaplama, ağır hizmet koşullarında özellikle kalıp çeliklerinin servis ömrünü uzatan bir prosestir. Bu kaplama karbon çelikleri gibi ekonomik olarak elverişli temel bir malzeme üzerine sert kaplama alaşımının döküm veya kaynak gibi bir prosesle biriktirilmesi ile özellikle aşınma direncini önemli ölçüde geliştirmektedir. Bu çalışmada, Fe-Cr-Mo sert kaplama alaşımı gazaltı ark kaynağı yöntemi ile DIN 1.2714 kalıp çeliği altlık malzemesi üzerine dolgu olarak kaplanmıştır. Gazaltı ark kaynağı ile sert dolgu kaynağı 15 bar basınçta Ar-CO₂-O₂ gaz karışımı ile oluşturulan koruyucu atmosferde sabit akış hızında gerçekleştirilmiştir. Kaynak parametrelerinden, kaynak akımı 180 A’ dir. Üretilmiş sert kaplamaların mikroyapı ve aşınma direnci performansı araştırılmıştır. Mikroyapı incelemeleri hem optik mikroskop (OM) hem de taramalı elektron mikroskobu (SEM) yardımıyla yapılmıştır. Aşınma testleri ball-on-disk tipi tribometrede gerçekleştirilmiştir. Kaplama ile altlık malzemesi arasında az bir sertlik farkı varken aşınma direncinin kaplama ile birlikte 10 kata kadar iyileştiği tespit edilmiştir. Mikroyapı ve XRD sonuçları sert kaplamada Cr₂₃C₆ ve Mo₂C karbürlerin varlığına işaret etmektedir. Sert kaplama ve altlık arayüzeyinde sağlam bir bağ ile birleşme oluşmuştur. Öte yandan, sert kaplamada gözenek gibi kusurlara rastlanmıştır. Aşınma testi sonrasında yapılan SEM incelemelerinde; kaplama sonrasında porozitenin etkisiyle delaminasyon oluştuğu gözlemlenmiştir. Aşınma direncinin değerlendirilmesi mikroyapısal araştırmalar, karakterizasyon çalışmaları ve sertlik testleriyle desteklenmiştir. Sert kaplamada temel aşınma mekanizması abrasif aşınmadır, altlık malzemesinde abrasif aşınmanın yanında adehsif aşınma da gözlemlenmiştir.

Keywords

• Fe-based alloy,hardfacing,wear

References

1. Buchanan, V.E. Solidification and Microstructural Characterisation of Iron–Chromium Based Hardfaced Coatings Deposited by SMAW and Electric Arc Spraying, Surf. Coat. Tech. 2009; 203, 3638–3646.